VR技术在铁道车辆教学中的探索与应用

胡士华　陈文轩　万里荣　白文涛

摘 要：轨道交通认知类实训课是进入轨道交通类企业工作的专业基础课，此类基础课程的实训效果直接影响其相关工作能力，本文针传统理论课弊端及轨道交通实训难度问题，提出结合现代VR技术的人机交互教学法，打破常规的教学方法，实现理实一体，为学生适应铁路企业工作打下坚实基础，论文以动车组概论课程进行传统教学和VR教学对比，证实VR实训效果有明显提升作用。

关键词：轨道交通 实训效果 VR技术 理实一体

Application of VR Technology in Cognitive Training Course of Rail Transit

Hu Shihua，Chen Wenxuan，Wan Lirong，Bai Wentao

Abstract：Rail transit cognitive training course is a professional basic course for entering rail transit enterprises. The training effect of such basic courses directly affects its relevant working ability. Aiming at the disadvantages of traditional theoretical courses and the difficulty of rail transit training， this paper puts forward a human-computer interaction teaching method combined with modern VR technology， breaks through the conventional teaching methods and realizes the integration of theory and practice. To lay a solid foundation for students to adapt to the work of railway enterprises， this paper compares the traditional teaching and VR teaching of EMU introduction course， and proves that the VR training effect can be significantly improved.

Key words：rail transit， training effect， VR technology， integration of theory and practice

1 引言

大網络时代下，虚拟现实技术的发展越来越好，且势头仍然十足，虚拟现实技术涵盖视觉图像处理、软件工程、3D渲染等多项高级专业技术，在多个工程领域都有所涉及，尤其是国家大力支持的高端专业方面。轨道交通一直都是世界各国的命脉，我国也不例外，随着2007年的全国第六次铁路大提速，铁路速度创造了惊人的奇迹，为了加快国家发展，铁路局、地铁迎来了大机遇与挑战，这对相关从业者的能力需求也越来越高。基于此，全国各大学校纷纷开设相关专业，铁路院校对该类的专业尤为重视。

轨道交通的专业基础课程都兼带有课内认知实训，理论实际结合的好不好直接影响到轨道行业从业者的基础知识水平，而基础直接影响水平的深度。为了培养更多更优质的轨道行业从业者，将VR虚拟现实技术引入到此类课程当中已变得越来越重要。

2 传统轨道交通认知类实训课在教学中存在的问题

2.1 传统理论课的弊端

理论的学习往往相对枯燥乏味，且理论的学习并不能对学习者形成固有的实体印象，现场认知实训课成了该课程的至关重要步骤，甚至可以说，现场的认知实训是此类课程的核心。

当前客观环境及现有技术下，要想培养的学生有充足时间在课程中学习到有用知识。迫切需要通过使用VR技术并结合电脑终端还原出轨道交通真实情况的环境，让学生沉浸其中，最大程度让每一个学生在有限的时间里学掌握和未来专业发展方向契合的基础知识。为后面的专业核心课程提供强有力的基础，也为他们未来走向社会工作岗位迈出了坚实的一步。

2.2 给教师带来的教学问题

对于每个教师来说，能让学生顺利学会知识点并懂得利用是件很重要的事。职业教育相对本科或者研究生教育更注重实践操作，良好的实践环境直接会影响到学生的学习结果，这对于打基础的学生尤为重要，但由于轨道交通行业的封闭性和实训器材教学样本的难获取性，更多的实训现场是往往是一群学生围绕着一台设备或者是一个设备模型去学习研究，这样的情况下，教师避免不了要讲多遍，同一个内容多遍重复会使得讲课情绪消沉，课堂效果大打折扣;此外，对于学生来说，设备不够情况下，往往其中一组正练习占用设备，其他组只能等待，这也会造成宝贵的的课堂时间浪费，轨道类实训场地大多在户外，碰到严寒酷暑，给老师学生都带来不少的身体安全挑战。

2.3 学生实训中易引起安全隐患

上实训课时，学生人员流动性比较大，一个老师很难兼顾到既要讲好知识又要管理整个班级的安全、纪律等问题，必然会造成少部分学生监管不到位，安全意识淡薄的学生对一切产生好奇，很可能会对各种乱动，乱按，违规操作对于昂贵设备损耗不说，更重要的是如果是带电，带尖锐部分的设备，容易误触造成短路引起火灾，也容易被尖锐器材伤害，对老师、学生都是有巨大安全隐患。

2.4 给学校带来的问题

轨道交通属于封闭性比较强的行业，封闭性使得其设备要被获取难度性大于其它普通行业，尤其对于整机车、整动车组、整地铁这种大型教学设备难度颇高。

学校的发展离不开巨大资金支持，所以资源资金面的分配对学校影响深远。从资金上考虑，轨道交通实训样本往往大件且笨重，购买价格极其昂贵，很多学校难以承受。比如一辆机车、动车或车辆，其造价动辄几千万甚至上亿，对于一所普通院校的资金链都是个巨大挑战。

3 虚拟现实（VR）技术在轨道交通实训课程中的探索

针对以上问题，柳州铁道职业技术学院领导充分重视，并且花费重资联合武汉风河信息科技有限公司在动力技术二级学院建立了VR实训室。经过近两年期间投入使用，动力技术学院学生在轨道交通认知类实训课程中获得了巨大的效益效果。

3.1 搭建VR实训室建设基本信息

经过校方和各配合公司努力，采购的软硬件内容：VR图形工作站、VR设备、VR区域框架结构搭建及弱电工程、交互智能教学平台、管理服务器、动车检修一级修、二级修沉浸式学习软件套、一级修、二级修仿真实训软件、应急故障处置实训软件、图形工作站管理机、教学端动车检修虚拟实训管理软件、桌面版图形工作站、图形工作站管理工作台、VR图形工作站、桌面版图形工作站学员桌椅、耳机、机柜、网络交换机、网络系统。

3.2 增强理论与实训结合体验，做到“玩中学”

轨道类基础课程，都有着理论结合实训环节，传统上理论和实践都是分开进行，会出现理论课刚刚听懂，到实训课时出现忘记状况，这对于学习肯定是不利的。把VR技术融合到此类课程，可以真正做到理论实训结合，这很大程度上，提高学生的学习效率，做到“现学现做”。另外的VR技术由于其真实体验感，学生容易身临其境，设置学习进度关卡，增加趣味性，像打游戏一样，真正做到“玩中学”。

3.3 增强实训教学效果，考核学生综合水平

VR技术具有很强的灵活性，不受制于太多的环境影响，且有着多次使用不易损坏等优点。此外，VR实训室的内学习，可以有效避免事故的发生。学习期间，利用VR技术加计算机结合的便捷性，学生的学习效果可以受到老师的实时监控，老师可以及时进行纠正与指导，最大的做好师生互动。考核期间利用平台出成绩，避免人为的主观性，真正做到公平公正。

4 VR融合课程具体教学应用

为了验證VR融合课程能否带来一定的积极效果，本次选用轨道交通专业具有代表性的《动车组概论》课程来进行探究，将同一个班级分成两组进行授课，一组以传统教学方法授课，另一组融入VR进行授课，图1为学生通过VR设备学习，再以项目考核进行效果对比。

4.1 题材选取及VR理念教学安排

《动车组概论》课是铁路高职院校了解动车知识的入门基础课，涉及内容范围较广，转向架作为复杂且重要的部分，本次教学内容以此为实践对象，配合以任务驱动，小组PK、关卡难度递增的循序渐进教学模式。

4.2 课后评价及教学结果反思

VR概念第一次融入到动车组概论课程学习当中，学生对此兴趣浓烈，结合合理的环节设计，普遍对动车转向架结构掌握情况达到良好以上成绩。少数几位同学存在基础差异化，但经过正确学习引导，也基本能完成任务，达到预期效果。课后对传统组和VR组两组同学进行转向架知识项目考核，考核结果如下表2。

表2中可以看到，VR融合教学相对于传统教学，在测试项目结构组成、认知操作、作业上正确率分别提高了12%、13%、10%。可以看出VR教学对于学生学习有着很好地帮助。课程结束后，学生评论对于VR新型教学方法都给予了肯定，并表示以后希望学校能将VR融入到其它更多的课程，以供他们学习。

5 结语

本文就轨道类认知实训课程融合VR技术进行研究。采用VR虚拟实训室+课程形式，不仅可以完成轨道交通概论课程的认知实训存在的欠缺，还能提高学习者的兴趣，教师和学生良好的互动配合，极大的提高学习效率，真正做到“玩中学”。《动车组概论》课程传统教学和VR融入教学对比结果很好地反映了VR技术具有一定提升作用。

柳州铁道职业技术学院已将该技术应用到了动车组检修专业当中，并取得良好的成绩，借鉴于此，为了取得更好的效果，可以就类似课程的增加VR设备投入，让学生在轨道交通专业学习到更多、更扎实的知识。

教改课题，项目编号：2021-JGA04。

参考文献：

[1]董钢，杨婷婷，兰清群.VR技术在城轨车辆检修实训课程教学中的应用研究[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2020（01）：166-167.

[2]赵绮，周陈星.基于VR技术的《服装陈列设计》课程实训环节教学改革研究[J].轻纺工业与技术，2020，49（09）：196-198.

[3]李玉霞，陈军.VR技术在实训教学环境中的建设与应用研究[J].数码世界，2020（06）：166.

[4]钟继敏.VR技术在高职实训教学中的应用研究[J].广西教育，2020（11）：190-192.

[5]郑非，游涛.VR技术在安全文明施工实训教学中的应用研究[J].武汉冶金管理干部学院学报，2020，30（01）：46-47.